疲勞試驗裝置設計

『壹』 疲勞強度的設計方法

設計人員通常認為最重要的安全因素是零部件、裝配體或產品的總體強度。為使設計達到總體強度，工程師需要使設計能夠承載可能出現的極限載荷，並在此基礎上再加上一個安全系數，以確保安全。但是，在運行過程中，設計幾乎不可能只承載靜態載荷。在絕大多數的情況下，設計所承載的載荷呈周期性變化，反復作用，隨著時的推移，設計就會出現疲勞。
實際上，疲勞的定義為：「由單次作用不足以導致失效的載荷的循環或變化所引起的失效」。疲勞的徵兆是局部區域的塑性變形所導致的裂紋。此類變形通常發生在零部件表面的應力集中部位，或者表面上或表面下業已存在但難以被檢測到的缺陷部位。盡管我們很難甚至不可能在FEA 中對此類缺陷進行建模，但材料中的變化永遠都存在，很可能會有一些小缺陷。FEA 可以預測應力集中區域，並可以幫助設計工程師預測他們的設計在疲勞開始之前能持續工作多長時間。
對承受循環應力的零件和構件，根據疲勞強度理論和疲勞試驗數據，決定其合理的結構和尺寸的機械設計方法。機械零件和構件對疲勞破壞的抗力，稱為零件和構件的疲勞強度。疲勞強度由零件的局部應力狀態和該處的材料性能確定，所以疲勞強度設計是以零件最薄弱環節為依據的。通過改進零件的形狀以減小應力集中，或對最弱環節的表面層採用適當的強化工藝，便能顯著地提高其疲勞強度。應用疲勞強度設計能保證機械在給定的壽命內安全運行。

『貳』 疲勞試驗該怎麼做

疲勞試驗為了精確地估算材料結構的零部件的疲勞壽命，疲勞試驗也是有限元模擬分析的重要指標之一。試驗方式：試驗應力（應變）和循環周次（高周疲勞，低周疲勞，室溫疲勞，低溫疲勞，高溫疲勞，熱疲勞，腐蝕疲勞，接觸疲勞，微動磨損疲勞等），載入方式（拉壓疲勞，彎曲疲勞（旋轉彎曲疲勞、三點彎曲疲勞、四點彎曲疲勞、懸臂彎曲疲勞），扭曲疲勞，復合應力疲勞等等），擴展速率試驗，S-N曲線的測式，旋轉彎曲方法等等。

『叄』 氣缸蓋材料熱疲勞試驗台的開發

為比較不同氣缸蓋材料在實際循環熱負荷條件下的疲勞特性，開發了1套用於進行熱疲勞分析的新型試樣設計與試驗系統。採用有限元分析對試樣幾何結構和熱循環進行了優化。利用高頻感應加熱器對熱疲勞試樣的啞鈴形截面進行了局部加熱，並利用壓縮空氣對其進行了冷卻。然後，利用試樣范圍內產生的非均勻熱梯度內部誘導產生機械應變，從而精確模擬氣缸蓋內氣閥橋在實際工況下的運行情況。所得到的疲勞壽命不僅與合金固有的抗疲勞強度有關，而且還與導熱系數、彈性模量和熱膨脹系數等其他相關屬性有關。該試驗是比較不同合金熱疲勞應用的必要工具。為了研究組成變化及熱處理對熱機性能的影響，對4種鋁合金進行了測試，並對該試驗方法及其結果進行了詳細介紹。

0前言

汽車製造商們一直在致力於提高燃油效率，以滿足為未來制定的嚴格燃油經濟性要求。除輕量化外，渦輪增壓也已成為提高燃油效率並保證功率輸出，進而實現發動機小型化的1種先進設計策略。但是，渦輪增壓會導致發動機工作溫度升高，通常會導致零部件故障。車用發動機零部件通常需要承受復雜的負荷條件和熱循環。在發動機氣缸蓋內，高周疲勞(HCF)是由循環發火壓力導致的，低周疲勞(LCF)是由發動機起動和關閉過程中熱循環誘發的塑性應變導致的。針對氣缸蓋溫度和壓力的提升需求，開發了多種耐熱鑄鋁合金，以供該新型發動機設計使用。通常，新型合金的熱疲勞性能通過各種試驗進行預測，如等溫疲勞試驗、熱機疲勞(TMF)試驗，以及其他熱屬性測量(熱容量、熱膨脹系數、導熱系數等)。這些試驗費用昂貴且耗時。此外，由於所有熱屬性的共同作用，估算得到的熱疲勞性能准確度不高。熱疲勞試驗是將所有材料屬性考慮在內的結構試驗，等溫低周疲勞試驗和熱機疲勞試驗是獲取材料固有疲勞屬性的良好工具。對於合金的熱疲勞試驗，最准確和最直接的方法是進行零部件級的試驗。試驗利用噴燈對氣缸蓋上的燃燒室進行加熱，利用水霧進行冷卻。利用熱電偶對臨界位置的溫度進行連續監測。在光學顯微鏡下對氣缸蓋進行周期性檢查，直至其出現裂紋。但是，氣缸蓋成形及氣缸蓋熱疲勞試驗的成本都是非常高的。因此，只能進行小規模的熱疲勞試驗。

本文提出了多種熱疲勞試驗裝置及試驗方法，所有這些裝置和方法都各有優劣。Hayashi採用沙漏圓頭啞鈴形試樣及專門設計的熱壓罐測試了304不銹鋼的熱疲勞強度。利用沸水堆(BWR)在水環境中的熱水射流和冷水射流對試樣分別進行加熱和冷卻。該試驗系統的目的是要在BWR模擬環境中研究304不銹鋼的熱疲勞特性。

Meyer-Olbersleben等採用帶刃狀的楔形試樣研究了鎳基單晶高溫合金的熱疲勞特性。採用感應線圈加熱刃狀部分，由刃狀前端的銅噴頭進行空氣冷卻。試樣中的熱膨脹差異導致出現熱應變和熱應力。該設計的優點是試樣幾何結構簡單且循環時間短，缺點是整個刃狀部分的加熱和冷卻不均勻。Panda和Wei等採用具有類似設計但呈扁厚狀的試樣，利用氣焊焊炬進行加熱。Schneider等採用圓盤形試樣，利用2盞鹵鎢燈進行加熱。加熱速率可達到1000°C/s。

綜上所述，良好的加熱方法及合適的試樣結構是設計高效可靠熱疲勞試驗台的必要條件。本文介紹了1種新型熱疲勞試驗台，提出了比較不同鋁合金熱疲勞性能的試驗方法。

1試驗裝置

1.1熱疲勞試驗台

本研究採用的熱疲勞試驗台見圖1。該設計借鑒了其他研究者能夠提高效率的幾項理念。在加熱過程中，試驗台採用具有特殊設計線圈的感應加熱器對試樣測量段進行局部加熱。

2.2最高溫度的影響

設計試驗條件3用於驗證如下假設，即合金1在試驗條件1和2下觀察到的較低的最高溫度不是合金1具有更佳抗熱疲勞性能的唯一原因。試驗條件3中的最高溫度被設定為280°C。需要注意的是，由於機械應變是由所有熱屬性相互作用決定的，因此，相同的最高溫度無法確保在測量段出現相同的機械應變。如圖5(c)所示，合金1仍具有最少量的裂紋且所有裂紋長度均短於100μm。另一方面，合金2、合金3和合金4具有更多的長裂紋，最大裂紋長度可長達400μm。結果顯示，合金1確實比其他合金具有更佳的抗熱疲勞性能。

3結論

為了研究和比較4種鑄鋁合金的熱疲勞性能，開發了1套新型熱疲勞試驗台，並建立了相關試驗方法。結果顯示，合金1在所有試驗條件下都具有比其他合金更佳的抗熱疲勞性能，成功驗證了試驗台在合金抗熱疲勞性能方面的定性比較能力。本文提出了採用固定電流輸入和固定最高溫度的2種試驗方法，且2種方法的試驗結果一致。與其他昂貴的試驗過程相比，該試驗可用作成本和時間相對高效的合金選擇工具。為確保試驗台及試驗方法的可靠性和適用性，還應對其他合金進行深入研究。

註：本文發表於《汽車與新動力》雜志2020年第2期

作者：[美]?W.J.LAI等

整理：田永海

編輯：虞展

本文來源於汽車之家車家號作者，不代表汽車之家的觀點立場。

『肆』 雙軸疲勞試驗裝置的有什麼功能和特點

雙軸疲勞試驗裝置採用自主研發的電液伺服技術、成熟的感測檢測技術等，成熟的高溫真空加熱技術，先進的應變測量系統，試驗的壓力、升壓速率、試驗溫度、真空度等參數均可以在調節范圍內自行設定，此試驗機結構上採用模塊化設計，便於系統的緊湊和售後維修，控制上採用自動控制方式，具有可控性好、控制精度高、可靠耐用等特點。

主要功能

1. 本試驗機集壓力脈沖疲勞、動拉疲勞、高溫加熱、真空系統、雙應變測量控制為一體，可對合金鋯管進行一定高溫真空下的雙疲勞壽命試驗。

2. 設備運行前需先設定試驗工藝流程，試驗過程通過界面設定，包括脈沖壓力、脈沖頻率、脈沖次數、爐體溫度、爐體真空度等相關參數，試驗結束或異常時自動停機。

3. 本試驗機對試驗的相關參數可以進行保存，便於以後做相同試件、相同標準的試驗時直接提取試驗參數，不需再進行設置。

4. 本試驗機壓力曲線可以實現壓力脈沖曲線、力疲勞曲線、軸向和徑向應變曲線等，並可以通過滑鼠指示來顯示出任意點的試驗值。

5. 本試驗機具備良好的安全措施：具有油溫超高報警、液位報警、泄漏報警、異常報警、過載保護、緊急卸壓、冷卻水壓壓力過低報警、安全停機、爐體超溫報警、門限位報警等等功能。可以及時的反饋設備的運行狀態，便於監管設備。

6. 本試驗機試驗由計算機控制，可實時采樣壓力、溫度、真空值、時間等內容。能以Office文檔格式導出試驗報表，並能自由編輯（報表格式可以根據用戶格式定製，但用戶必須提前提供報表格式）。

7. 本試驗機能夠對當次試驗出現故障的時間與性質、操作人員的操作進行記錄。（注意，計算機關閉後不在記錄上一次開機時的操作過程）。

8. 遠程監控系統：通過遠程監控系統可以對設備提供全程的跟蹤服務，並能及時對設備故障提出解決方案，可以節省維修時間，大大降低生產運行成本。

主要特點

1. 液壓動力櫃、高溫真空爐、動拉系統、高溫真空爐控制櫃、常溫真空爐的結構設計採用彼此獨立風格，均各帶移動腳輪和叉車位，便於移動和搬運，設備整體外觀協調且美觀大氣。液壓動力櫃將液壓站、壓力脈沖器、介質脈沖系統有機的結合在一起，管路採用非焊接式高壓管路連接，杜絕跑冒滴漏，櫃內採用模塊化設計，整體採用撬裝式結構，便於搬運和安裝、維修。

2. 液壓站為壓力脈沖器提供穩定的系統壓力，試驗壓力通過伺服液壓缸和伺服閥來輸出，動力系統配置高、使用壽命長；伺服閥控制精度高、動態響應快；伺服液壓缸爬行穩定、泄漏低、壽命長；可以滿足不同壓力的試件試驗要求。

3. 高品質的動力液壓站、電液伺服閥、液壓缸、高溫介質系統、壓力/溫度感測器、通斷閥等可確保整套設備在無故障狀態下長期工作，一次試驗可以連續運行300小時。

4. 計算機監控系統由塔式伺服器與美國高速控制器上下兩級控制系統組成，上位機通過通信協議向下位機發送指令，下位機根據接收到指令啟動設備，使整套設備處於完全脫離於上位機控制的狀態下獨立運行，同時不斷將獲取的試驗數據上傳給上位機。這樣整套設備可以在長時間穩定狀態下運行。

5. 試驗數據具備自動採集和處理功能，自動建立試驗資料庫，數據可隨時查詢和長期保存。

6. 試件破裂後壓力迅速下降，自動停止加壓，即試驗件破損後自動停機保護功能，最大限度保證人身、設備安全，適合試驗無人看守。

7. 試件泄漏可以設定報警點。當泄漏量達到一定程度後，系統會自動報警並停止工作。

8. 高溫真空具備獨立控制，也具備通訊電腦系統總控功能。

『伍』 疲勞強度的設計方法是什麼

設計人員通常認為最重要的安全因素是零部件、裝配體或產品的總體強度。為使設計達到總體強度，工程師需要使設計能夠承載可能出現的極限載荷，並在此基礎上再加上一個安全系數，以確保安全。但是，在運行過程中，設計幾乎不可能只承載靜態載荷。在絕大多數的情況下，設計所承載的載荷呈周期性變化，反復作用，隨著時的推移，設計就會出現疲勞。
實際上，疲勞的定義為：「由單次作用不足以導致失效的載荷的循環或變化所引起的失效」。疲勞的徵兆是局部區域的塑性變形所導致的裂紋。此類變形通常發生在零部件表面的應力集中部位，或者表面上或表面下業已存在但難以被檢測到的缺陷部位。盡管我們很難甚至不可能在FEA中對此類缺陷進行建模，但材料中的變化永遠都存在，很可能會有一些小缺陷。FEA可以預測應力集中區域，並可以幫助設計工程師預測他們的設計在疲勞開始之前能持續工作多長時間。
對承受循環應力的零件和構件，根據疲勞強度理論和疲勞試驗數據，決定其合理的結構和尺寸的機械設計方法。機械零件和構件對疲勞破壞的抗力，稱為零件和構件的疲勞強度。疲勞強度由零件的局部應力狀態和該處的材料性能確定，所以疲勞強度設計是以零件最薄弱環節為依據的。通過改進零件的形狀以減小應力集中，或對最弱環節的表面層採用適當的強化工藝，便能顯著地提高其疲勞強度。應用疲勞強度設計能保證機械在給定的壽命內安全運行。

『陸』 雙軸疲勞試驗機有什麼作用，雙軸疲勞試驗機是用於哪個行業的自動化設備

雙軸疲勞試驗機的測試對象：反應堆包殼管及其他方面高溫高壓管材，錯合金管材、不銹鋼管材、碳化硅管材、鋁管、相陶瓷 管材等核用管材；

測試內容：高溫、高壓、高真空、超高壓、高頻率；

雙軸疲勞試驗機集壓力脈沖疲勞、動拉疲勞、高溫加熱、真空系統、雙應變測量控制為一體，可對合金鋯管進行一定高溫真空下的雙疲勞壽命試驗。雙軸疲勞試驗機具有油溫超高報警、液位報警、泄漏報警、異常報警、過載保護、緊急卸壓、冷卻水壓壓力過低報警、安全停機、爐體超溫報警、門限位報警等等功能，可以及時的反饋設備的運行狀態，便於監管設備。

雙軸疲勞一般用於核電行業，雙軸疲勞試驗機是由一個主動力櫃、高溫真空動拉系統、高溫真空爐電控櫃等組成，採用模塊化設計，控制系統、加熱源、壓力動力源、壓力增壓系統、介質補液系統等等均採用模塊化設計，彼此間通過高性能的管路連接，結構緊湊，美觀大體，便於售後維護等。

『柒』 高頻疲勞試驗機的原理是什麼

高頻疲勞試驗機根據電磁諧振的原理工作，依靠電磁鐵的震盪施載入荷，是載荷比較大20KN-300KN，頻率80-250Hz測試時間短的首選。需要調頻率，頻率時固定幾個檔，根據使用客戶的反饋，調頻操作比較麻煩。低頻疲勞試驗機根據電液伺服的原理工作，依靠液壓作動缸的往復運動施載入荷，大載荷5KN-1000KN低頻率0-10Hz的首選，一般建議在10Hz左右使用，更高的頻率對於液壓伺服閥、密封圈等等部件的摩擦損傷太大，後面的維護成本太高，不建議使用更高頻率。如果不考慮維護成本，使用20Hz，30Hz也是可以的，只是液壓疲勞試驗機的壽命會受到重大的影響。電機驅動疲勞試驗機根據電場與磁場的關系，米力光國際貿易有限公司通過磁場的來回移動實現往復運動施載入荷，是小載荷20N-30KN，頻率0-100Hz要求高的首選，頻率隨意可以設置。是小載荷，中頻率的首選。維護不過，同樣是20KN的疲勞試驗機系統，電機驅動疲勞試驗機系統購買非常昂貴，但是液壓疲勞試驗機它有許多活動部件和密封件，維護費用高。

另外，其能源成本也很高，因為泵必須連續運轉，而且油被看作有害廢料，一旦污染就必須更換。由於傳動裝置和/或伺服閥的密封件摩擦，解析度和保真度可能受到限制，而且傳動裝置的活動質量非常高。在多軸應用時由於摩擦，傳動裝置的側向負荷還會引起波形扭曲或密封件磨損，液壓疲勞試驗機需要定期停機做一些維護。

『捌』 如何正確選配疲勞試驗機試驗夾具

如何正確選擇的疲勞試驗機的夾具：考慮點如下：
一.試驗分為多種不同類型的動靜態試驗，其中包括：拉伸、壓縮、剪切彎曲和疲勞/斷裂。
如果要選擇正確的夾具，需要考慮下列幾個方面：
1、試驗類型：拉伸、壓縮、彎曲、扭轉、剪切、反向應力（扭轉並壓縮）
2、試驗試樣：配置、大小、形狀和材料
3、最大載荷：預期的最大載荷，以磅、牛頓或千克表示
4、最大應變位移/壓縮：預期的最大伸長，以初始標距長度的百分比表示
5、應變測量：引伸計標距、行程百分比、其他要求
二、成功的夾持要求試樣不會滑動、不會造成夾片斷裂，並且確保所施力的軸對稱性。有些情況下，夾持要求非常特別，會需要特別設計的夾具或工裝來滿足特殊的試驗標准。然而，多數情況下，可以使用通用的配件。通用夾具具有很多優勢，可以固定很多類型的試樣和材料，可以選擇使用很多不同的夾面、對齊工裝等。
三、如何固定式樣？
首先，操作員面臨的兩個最常見問題就是試樣滑動和夾片斷裂。如果採用的是平底的機械或旋緊式夾具，經常會發生滑動。選擇夾面時，表面區域應該足夠大能夠蓋住接觸部位（啞鈴試
樣），或者對於平行試樣，盡可能多的蓋住接觸面。無論使用何種夾具，請確保試樣一端至
少由 75% 的夾面有效長度夾持，否則，將會降低夾持效率，有時還可能破壞夾面。
當你遇到夾持問題，請記住重要的一點就是進行試驗。你得到最終的結果是隨機的。
當夾具內的樣品由於夾持力太大或鋸齒夾面夾入太深時，常常會發生夾持部位破損。下面是減少夾持部位破損的提示：
旋緊式夾具：當固定樣品時，操作員可能用了過大的力；請使用扭矩扳手或氣動夾具。
氣動夾具：減小壓力，但請不要減小到會滑動的程度。
鋸齒夾面：改用每英寸具有更多鋸齒（咬入較小）的夾面，或墊上膠帶或類似材料（這樣可以減緩咬入，防止損壞樣品）。
試驗單絲和單纖維
單纖維或單絲可以貼附在穿孔卡片上。試樣的標距長度即為孔的高度。當卡片固定在試驗儀器上後，將試樣兩側的卡片部分剪去。
K 定期檢查夾具是否有破損，如膠皮管裂縫或漏氣。
K 定期校驗壓力表是否准確地記錄夾持裝置的氣壓或油壓。
K 如果夾面有磨損、破壞或污損，請更換夾面。
K 切勿使用超過需要的夾持力，以便提供可靠的，不滑動的固定。
K 舊的夾具不一定能和新材料或試樣配合使用。
您可能會發現需要特殊的夾具或不同的夾面。
可以嘗試多種物品，改進現有的夾持方式，其中包括紗布、膠帶等。
更多疲勞試驗機知識，請網路搜索「試驗機老二」大量視頻供您參考學習

『玖』 疲勞試驗機的原理和目的

疲勞試驗機

疲勞試驗機，是一種主要用於測定金屬及其合金材料在室溫狀態下的拉伸、壓縮或拉、壓交變負荷的疲勞性能試驗的機器。

中文名

疲勞試驗機

外文名

fatigue machine

產品類型

主要生產製造

地域

中國上海

廠商

百若試驗儀器

更多

概述

疲勞試驗機，是一種主要用於測定金屬及其合金材料在室溫狀態下的拉伸、壓縮或拉、壓交變負荷的疲勞性能試驗的機器。

疲勞試驗機特點是可以實現高負荷、高頻率、低消耗，從而縮短試驗時間，降低試驗費用。

疲勞試驗機用於進行測定金屬、合金材料及其構件（如操作關節、固接件、螺旋運動件等）在室溫狀態下的拉伸、壓縮或拉壓交變負荷的疲勞特性、疲勞壽命、預制裂紋及裂紋擴展試驗。高頻疲勞試驗機在配備相應試驗夾具後，可進行正弦載荷下的三點彎曲試驗、四點彎曲試驗、薄板材拉伸試驗、厚板材拉伸試驗、強化鋼條拉伸試驗、鏈條拉伸試驗、固接件試驗、連桿試驗、扭轉疲勞試驗、彎扭復合疲勞試驗、交互彎曲疲勞試驗、CT試驗、CCT試驗、齒輪疲勞試驗等。

試驗方法

疲勞試驗是指通過金屬材料實驗測定金屬材料的σ-1，繪制材料的S-N曲線，進而觀察疲勞破壞現象和斷口特徵，進而學會對稱循環下測定金屬材料疲勞極限的方法。檢測設備一般有疲勞試驗機和游標卡尺。

在足夠大的交變應力作用下，於金屬構件外形突變或表面刻痕或內部缺陷等部位，都可能因較大的應力集中引發微觀裂紋。分散的微觀裂紋經過集結溝通將形成宏觀裂紋。已形成的宏觀裂紋逐漸緩慢地擴展，構件橫截面逐步削弱，當達到一定限度時，構件會突然斷裂。金屬因交變應力引起的上述失效現象，稱為金屬的疲勞。靜載下塑性性能很好的材料，當承受交變應力時，往往在應力低於屈服極限沒有明顯塑性變形的情況下，突然斷裂。疲勞斷口明顯地分為兩個區域：較為光滑的裂紋擴展區和較為粗糙的斷裂區。裂紋形成後，交變應力使裂紋的兩側時而張開時而閉合，相互擠壓反復研磨，光滑區就是這樣形成的。載荷的間斷和大小的變化，在光滑區留下多條裂紋前沿線。至於粗糙的斷裂區，則是最後突然斷裂形成的。統計數據表明，機械零件的失效，約有70%左右是疲勞引起的，而且造成的事故大多數是災難性的。因此，通過實驗研究金屬材料抗疲勞的性能是有實際意義的。

用途

本機主機採用高剛度負荷框架、橫梁液壓升降、鎖緊。結合高精度負荷、位移感測器及全數字式電液伺服閉環控制系統，可對各種金屬、非金屬及復合材料進行拉、壓、彎、剪、疲勞、裂紋擴展、斷裂等動態和靜態力學性能試驗，配高溫裝置特別適用於高溫應變控制試驗。是科研生產、仲裁檢驗所需的先進檢測設備。

『拾』 怎麼設計疲勞試驗 高周 低周 高溫低溫 高頻低頻

是以可經受的疲勞次數區分的，當應力水平高（就是拉力大），能經受的疲勞次數就低，一般以10^4(10000)為界，低於這個次數為低周疲勞，高於為高周疲勞。問題中頻率指的是試驗頻率，一般液壓疲勞試驗機的工作頻率為0~50HZ，稱為低頻試驗機；電磁疲勞試驗機30~300HZ，稱為高頻疲勞試驗機。所以大家不要把這兩個概念搞混淆了。
另外，借你這里推介一下我的實驗室：廣東檢驗檢疫技術中心化礦金實驗室，有最先進的瑞士rumul高頻疲勞試驗機，可以進行拉拉疲勞，拉壓疲勞，三點彎曲疲勞，扭轉疲勞，裂紋擴展（COT規）等疲勞試驗。特別是採用先進的分析，在材料的S-N曲線測試方面提高了精度，減少了試驗次數。